Stretch-Twist-Fold and slow filamentary dynamos in liquid sodium Madison Dynamo Experiments
最近Ricca和Maggione [MHD（2008）]基于黎曼通量管的数值模拟提出了一个非常简单和有趣的扩散介质中拉伸-扭曲-折叠发电机模型。在本文中，我们提出了一个更简单的方法来解析地获得快速和缓慢的发电机，所产生的磁丝在扩散介质中的曲率能量。本文提出了剪切流中银河系或吸积盘发电机的几何模型。在快速发电机的情况下，它表明，拉伸的情况下，导致快速发电机的情况下，当扭曲的细丝消失的发电机行动不能支持以及。这就是平面流的Cowling-Zeldovich定理。使用磁场各向同性假设来计算发电机的快速性质。最近，对于无功发电机，使用非完整Frenet标架得到了类似的结果[Garcia de Andrade，AN（2008）]。这里讨论的拉伸-扭转-折叠（STF）简化模型可用于制定麦迪逊发电机实验（MDE）设施中的未来实验[Nornberg et al，Phys Plasmas（2008）]。虽然他们的运行实验处理的磁场是正交的流动，其他拓扑结构也被用于这里，在未来的实验眼睛。MDE中未拉伸的细丝显示Visik抗快速发电机作用适用[Garcia de Andrade[Phys Plasmas（2008）]。
2009-04-10 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Study of Dynamo Action in Three Dimensional Magnetohydrodynamic Plasma with Arnold-Beltrami-Childress Flow
研究了三维磁流体动力学（MHD）等离子体中以ABC流为初始条件的发电机作用。该研究描绘了从相干非线性振荡到发电机过渡的关键参数。此外，在磁普朗特数等于单位的动力学和动力学模型的发电机行动的驱动ABC流进行了研究。磁电阻率选择在发生快速发电机的值处，并且生长速率不随磁电阻率的变化而进一步变化。磁能增长的指数增加，表明一个更快的发电机，如果一个较高的波数相比，一个较低的波数被激发。这个结果对于运动学的和外力的动力发电机都是适用的，其中磁场对速度场的反作用不再是可以忽略的。在一个受外力的动态发电机的情况下，超阿尔文流已被发现激发强大的发电机引起的磁能增长的7个数量级。磁场通过洛伦兹力项对速度场的反作用影响了速度场的动力学特性，进而影响了磁场的动力学特性，当发电机作用非常显著时，会导致磁场饱和。
2019-01-28 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.flu-dyn
Nonlinear dynamo action in a precessing cylindrical container
利用磁流体动力学（MHD）程序数值模拟了圆柱形容器中的旋进效应。这一结果进一步证实了这样一个假设，即岁差可以强到足以成为某些天体中发电机作用的来源之一。
2011-02-09 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A simplified model of collision-driven dynamo action in small bodies
我们研究了自维持发电机作用在一个旋转的球体，其旋转方向反转周期性的数字。这个系统就像是一个简单的模型，由频繁的碰撞提供动力的小物体中的发电机。发现在一定的碰撞率区间内，发电机作用是可能的。在高埃克曼数时，层流上旋流在边界层中呈螺旋形，Ekman环流与方位角剪切一起为发电机作用提供动力。在低埃克曼数时，非轴对称不稳定性有助于发电机动作。在低埃克曼数时，磁场发生不稳定。
2015-01-22 astro-ph.EP physics.flu-dyn physics.geo-ph
Turbulent small-scale dynamo action in solar surface simulations
我们证明了磁对流模拟纳入基本的物理过程，太阳表面对流表现出湍流小尺度发电机的行动。通过推导可压缩磁流体动力学（MHD）的能量平衡方程和传递函数，我们量化的磁能的来源上的规模按规模的基础上。我们排除了两种替代机制的产生小尺度磁场的模拟：纠缠的磁场线与湍流级联和阿尔芬化的小尺度速度波动（“湍流感应”）。相反，我们发现小尺度磁能的主要来源是小尺度磁场线的惯性范围流体运动对抗磁张力产生（对抗欧姆耗散）更小尺度的磁场。所涉及的尺度随着雷诺数的增加而变小，这表明发电机是一个小尺度湍流发电机。
2010-04-16 astro-ph.SR physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic dynamo action at low magnetic Prandtl numbers
本文研究了小磁普朗特数区域中运动学湍流发电机作用对磁场的放大作用。这样的制度是相关的行星和恒星内部，以及液态金属实验室实验。Kazantsev Kraichnan模型的基础上，建立发电机阈值和发电机增长率的湍流波动的不同动力学螺旋度的全面分析。有人建议，在对比的情况下，大磁普朗特数，在小磁普朗特数的运动发电机行动的显着影响的动力学螺旋度，它可以是相当有效的螺旋度谱的适当选择。
2010-10-31 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Intermittency in spherical Couette dynamos
我们研究发电机的作用在三维数值模拟的湍流球形Couette流。接近发电机动作的开始时，磁场表现出间歇性行为，其特征在于由低能量相分离的一系列短暂的磁能爆发。我们表明，这种行为对应于所谓的开-关不稳定性。这种行为在这里报告的发电机行动与现实的边界条件。我们研究了磁边界条件在这一现象中的作用。
2013-04-23 physics.flu-dyn
Dynamo action at low magnetic Prandtl numbers: mean flow vs. fully turbulent motion
本文用数值方法计算了泰勒-格林旋流中发电机作用的阈值。运动学计算，其中流场是固定的时间平均的配置文件，动态运行的Navier-Stokes方程和感应方程联合解决。运动学不稳定性被发现有两个分支，所有探索的雷诺数。动态发电机阈值遵循这些分支：在低雷诺数下，它位于低分支内，而在高动力雷诺数下，它靠近高分支。
2006-01-16 physics.flu-dyn
Large-scale dynamo action due to $α$ fluctuations in a linear shear flow
我们提出了一个模型的大规模发电机行动的剪切流，具有随机，零均值波动的$α$参数。这是基于Kraichnan-Moffatt模型的最小扩展，以包括背景线性剪切和伽利略不变的$α$统计。利用一阶光滑近似，我们导出了一个大尺度磁场的线性积分-微分方程，该方程在剪切速率$S\,$和$α$ -关联时间$τ_α\,$中是无微扰的。白噪声的情况下，$τ_α= 0\,$，准确地解决了，它的结论是发电机作用的必要条件是相同的Kraichnan-Moffatt模型没有剪切;这是因为白噪声不允许记忆效应，而剪切需要时间来行动。为了探索记忆效应，我们减少了积分微分方程的偏微分方程，有效的缓慢变化的领域时，$τ_α$是小的，但非零。寻求指数模式的解决方案，我们解决了模式的色散关系，并获得一个明确的表达式的增长率作为一个函数的六个独立的参数的问题。非零的$τ_α$会产生新的物理尺度，发电机的作用与白噪声的情况完全不同;例如，即使是微弱的$α$波动也会产生发电机。我们认为，在任何波数，莫法特漂移和剪切总是有助于增加增长率。两个例子：（a）莫法特漂移发电机在没有剪切;（b）剪切发电机在没有莫法特漂移。
2014-09-23 astro-ph.GA physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Comment on paper by L. M. Malyshkin and S. Boldyrev, "Magnetic dynamo action at low magnetic Prandtl numbers", PRL 105, 215002 (2010)
在低磁普朗特数和大磁雷诺数Rm下，小尺度发电机不稳定性增长率的标度λ \sim Rm^{1/2}在阈值附近是否有效？我们对高斯白噪声速度场（Kazantsev-Kraichnan模型）发电机方程的分析甚至数值解（Malyshkin和Boldyrev，2010）都表明答案是否定的。与Malyshkin和Boldyrev（2010）的主张相反，发电机增长率有两种不同的渐近性：在阈值附近和远离阈值。
2010-12-13 astro-ph.SR nlin.CD physics.flu-dyn
Kinematic simulations of dynamo action with a hybrid boundary-element/finite-volume method
发电机激励的实验实现以及感应方程的理论和数值检验表明了自持发电机边界条件的相关性。在产生域的场的内部，几何约束或变化的材料特性（例如，容器壁的导电性或局部高磁导率材料）也可能起作用。将基于网格的有限体积法与边界元法相结合，在混合FV-BEM方案中提供了局部离散的灵活性，并以相对较低的成本在几乎任意的几何形状中严格处理绝缘磁边界条件。由一个众所周知的规定平均流产生的发电机动作的运动学模拟证明了该方法的可靠性。未来的检查是为了了解的VKS发电机实验的行为，其中现场生产流是由铁质螺旋桨和感应效应的导电性/渗透性的不均匀性可能会提供所需的条件所测量的发电机特性。
2008-03-24 physics.flu-dyn
Dynamo Action in a Quasi-Keplerian Taylor-Couette Flow
我们数值计算的泰勒-库埃特几何的内，外圆柱体的旋转速率满足$Ω_o/Ω_i=(r_o/r_i)^{-3/2}$的导电流体的流动。在这种准开普勒状态下，非磁性系统对于所有雷诺数$Re$都是瑞利稳定的，并且所产生的纯方位流对于所有磁性雷诺数$Rm$都不能产生运动发电机作用。对于$Re=10^4$和$Rm=10^5$，我们证明了一个有限振幅发电机的存在，从而一个合适的初始条件产生相互维持的湍流和磁场，即使两者都不能存在没有其他。这种发电机解决方案的结果显着增加向外角动量传输，与大部分的运输是由麦克斯韦，而不是雷诺应力。
2017-10-06 physics.flu-dyn
The Effect of Velocity Shear on Dynamo Action Due to Rotating Convection
最近的数值模拟发电机行动所造成的旋转对流揭示了一些严重的问题，在应用的标准图片的平均场电动力学在高值的磁雷诺数，从而强调了大规模的磁场发电机在这一制度的困难。在这里，我们考虑运动发电机过程中的旋转对流层的Boussinesq流体的附加影响的大规模水平速度剪切。剪切流的减弱增强了发电机的增长速率，并且还导致在大尺度上产生显著的磁场。通过频谱滤波技术，我们分析了主要负责发电机行动的速度模式，并表明，从全流产生的磁场依赖于速度场的尺度范围。对流体进行过滤，使剪切流和对流之间的尺度真正分离，也会导致发电机作用;然而，在这种情况下，磁场的结构与全速场产生的结构非常不同。我们还表明，发电机行动的性质是大致相似的，无论是否在没有剪切流可以支持发电机行动。
2012-11-22 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Time scales separation for dynamo action
天体发电机作用的研究通常涉及两个时间尺度：慢扩散时间尺度和快平流时间尺度。我们调查的可能性场放大的中间时间尺度与时间相关的调制的流量。我们考虑一个简单的稳定的配置，发电机的行动是没有实现。我们研究了随时间变化的扰动流的效果。我们表明，一些消失的低频扰动可以产生指数增长的磁场上的典型时间尺度的振荡。发电机机制依赖于这里的参数不稳定性与瞬态放大剪切流。自然发电机的后果进行了讨论。
2008-04-02 astro-ph physics.class-ph physics.flu-dyn
Experimental realization of dynamo action: present status and prospects
近几十年来，发电机作用的实验研究取得了很大进展。然而，在卡尔斯鲁厄和里加的发电机实验之后，冯卡门钠（VKS）发电机只是第三个能够在实验室实验中证明流体流动驱动自产生磁场的设施。预计将在液体钠设施DRESDYN（用于DYNamo和热工水力研究的DREsden钠设施）框架内设计的计划中的进动驱动发电机实验将在发电机作用的实验研究方面取得进一步进展。在本文中，我们简要地介绍了VKS发电机的数值模型，证明了在该实验中观察到的轴对称场和用于流驱动叶轮的软铁材料之间的密切关系。我们进一步展示了最近的结果，准备水实验和设计研究有关的进动发电机，并描绘了科学的前景，为最终的设置。
2012-12-18 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Convection-driven kinematic dynamos with a self-consistent shear flow
人们普遍认为天体物理学上的磁场是由发电机作用产生的。在许多情况下，这些场在比基础湍流更大的尺度上表现出组织（例如，11年太阳活动周期）。产生所谓大尺度场的机制仍然是一个悬而未决的问题。在磁雷诺数（$Rm$）很小的情况下，发电机产生的场是相干的，但在（天体物理相关的）高$Rm$时，场被小尺度波动场淹没。最近，Tobias和Cattaneo（2013）已经表明，施加的大尺度剪切流可以抑制小尺度波动，并允许出现大尺度时间行为。剪切也被认为通过引入流和场之间的相关性来修改电动势。然而，在高$Rm$的先前模型中，剪切通常是人为施加的或由任意的体力驱动。在这里，我们考虑一个简单的对流发电机的运动学模型，其中剪切是自一致的水平温度梯度（导致热风）和旋转矢量的存在下，是倾斜的重力驱动。通过考虑一个$2.5$维系统，我们能够达到高的$Rm$，使发电机接近渐近制度的增长率变得近似独立于$Rm$。我们发现这里研究的流量是优秀的小规模发电机，但在大$Rm$有很小的系统行为明显。我们将此归因于无法自洽地产生在此设置中具有大（净）螺旋度和强剪切的流动。
2018-11-30 physics.flu-dyn
Laboratory experiments on dynamo action and magnetically triggered flow instabilities
行星、恒星和星系的磁场是由运动的导电流体的自激产生的。一旦产生，磁场就可以通过破坏旋转流的稳定来在宇宙结构的形成中发挥积极作用，否则旋转流在流体动力学上是稳定的。长期以来，磁流体发电机作用和磁触发流动不稳定性都是纯理论研究的主题。然而，与此同时，在里加、卡尔斯鲁厄和卡达拉什的大规模液体钠实验中观察到了发电机效应。本文总结了液态金属实验中的发电机效应和各种磁不稳定性，如螺旋磁旋转不稳定性、方位磁旋转不稳定性和泰勒不稳定性的研究结果。我们详细讨论了我们的计划，进动驱动的发电机实验和大规模的泰勒-库埃特实验，使用液体钠，并观察磁触发的不稳定性的前景与正剪切流。
2018-03-09 physics.flu-dyn
Influence of electromagnetic boundary conditions onto the onset of dynamo action in laboratory experiments
我们研究的发病发电机行动的里加和卡尔斯鲁厄实验，除了一个外壁，其中的电磁特性是不同的运动中的流体。我们考虑不同厚度、导电性和渗透性的壁。我们还考虑了运动中的铁磁流体的情况。
2009-05-06 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Magnetic dynamo action in astrophysical turbulence
本文在Kazantsev Kraichnan模型的框架下研究了湍流速度涨落放大的磁场的结构。我们考虑Kolmogorov分布的速度波动，并假设雷诺数和磁雷诺数都很大。我们提出了完整的数值解的模型的光谱和增长率的磁波动。我们认为天体物理相关的限制大，小磁普朗特数，并解决螺旋和非螺旋的情况下。
2009-04-11 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Magnetic dynamo action in helical turbulence
在运动学Kazantsev Kraichnan模型的框架下，研究了螺旋度非零的湍流速度场中的磁场放大。我们提出的数值解模型的实际重要的情况下，柯尔莫哥洛夫分布的速度波动，具有较大的磁雷诺数。我们发现，在非螺旋的情况下，增长的磁场描述的几个绑定本征模集中在惯性间隔内的速度场，在螺旋的情况下，绑定本征模的数量大大增加，而且，新的未绑定本征模出现。束缚和非束缚本征模都对大尺度磁场有贡献。这表明，一个大规模的发电机行动，它只捕捉未绑定模式的传统阿尔法模型的适用性有限。
2007-12-13 astro-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
The combined effect of precession and convection on the dynamo action
为了了解地球和行星磁场的产生，我们数值研究了进动和对流对球壳发电机作用的综合影响。在低Ekman数下，研究了单独的对流、单独的旋进以及对流和旋进的组合效应，在低Ekman数下，旋进流动已经不稳定。结果表明，虽然单独的进动和对流不足以支持发电机作用，但由于进动和对流不稳定性的共振，进动和对流的联合作用可以支持发电机作用。这一结果可以解释为什么地球发电机与火星发电机相比维持了如此长的历史。
2016-08-02 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Kinematic dynamo induced by helical waves
我们数值研究了周期盒中两个螺旋波叠加引起的运动发电机，作为理解天体发电机作用的简化模型。研究了磁雷诺数、波数和频率对发电机作用的影响。发现这种螺旋波发电机是一种慢发电机。发电机增长率存在一个最佳波数。较低的波频率有利于发电机的行动和振荡的磁能出现在某些特定的波频率。
2014-07-24 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Wave-driven dynamo action in spherical MHD systems
本文报道了对球体内机械强迫双涡流动的流体动力学和磁流体动力学数值研究。在中间制度之间的层流和发达国家的湍流的流体动力学不稳定性被发现产生内部波的特征m=2带状波数的模拟。结果表明，这种时间周期性的流作为一个发电机，虽然快照的流量以及平均流量不是发电机。磁场的增长率根据波频率表现出共振效应。在此基础上，提出了一种基于速度和磁场相对对准的周期性自毁自恢复发电机。这种现象解释的非正交本征态的磁感应方程的时间相关的线性算子的混合。这种机制的潜在相关性发电机实验进行了讨论。
2009-09-25 physics.flu-dyn
Production of a chiral magnetic anomaly with emerging turbulence and mean-field dynamo action
在相对论磁化等离子体中，左手和右手费米子的数密度不对称，即，非零手性化学势μ_5导致沿磁场的电流。这将导致一个手征发电机不稳定性的均匀mu_5，但我们的模拟揭示了发电机，即使波动mu_5与零均值。它产生磁主导的湍流，并通过磁α效应产生平均磁场。最后，得到了与初始条件无关的μ_5的普遍标度不变k^（-1）谱和k^（-3）磁谱.
2022-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE physics.flu-dyn
Generation of magnetic field by dynamo action in a turbulent flow of liquid sodium
我们报告了在VKS实验中观察到的发电机作用，即，由液体钠的强湍流旋流产生磁场。场的平均和波动部分进行了研究。发电机阈值对应于磁雷诺数Rm \sim 30。平均磁场的顺序为40 G的观察30%以上的阈值在流动的横向边界。对于两个分量，均方根波动大于相应的平均值。的缩放的均方磁场进行比较，以前的预测高雷诺数流量。
2007-01-06 physics.flu-dyn
Behavior of hydrodynamic and magnetohydrodynamic turbulence in a rotating sphere with precession and dynamo action
在不可压缩流体力学（HD）和磁流体力学（MHD）两种情况下，采用直接数值模拟的方法研究了旋转充液球体中的进动效应。在这两种情况下的渐近状态和它的依赖旋转和进动频率进行了分析。对于磁流体的情况下没有自我维持发电机被发现的逆行进动的情况下，而在另一方面，一个关键的逆行进动频率被发现以上的发电机行动是自我维持。人们还发现，这些对应于小规模的发电机与发达的湍流制度。此外，它被观察到的存在下的反转的磁偶极矩与更大的等待时间之间的反转较小的进动频率。
2022-12-12 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Magnetic dynamo action in random flows with zero and finite correlation times
磁流体发电机理论为宇宙中磁场的起源提供了流行的理论描述。在这里，我们考虑的问题的运动，小规模的发电机行动驱动的随机，不可压缩，非螺旋，均匀和各向同性流。在Kazantsev发电机模型中，驱动流的统计被假设为在时间上瞬时相关。在这里，我们比较了模型的结果与发电机特性的模拟流，具有相同的空间特性的卡赞采夫流，但不同的时间统计。特别是，模拟流是强迫纳维-斯托克斯方程的解，因此具有有限的相关时间。我们发现卡赞采夫模型通常预测更大的磁增长率和在较小尺度上达到峰值的磁谱。然而，我们表明，通过过滤的扩散率谱在小尺度上，它是可能的，使增长率的协议，同时对齐的磁谱。
2011-03-07 astro-ph.GA astro-ph.SR nlin.CD
Magnetorotational Dynamo Action in the Shearing Box
本文在剪切盒近似下，研究了无外加净磁通量时由磁旋转不稳定性引起的磁发电机作用。与最近的研究一致，发电机的行动被发现是敏感的纵横比的盒子：这是更容易获得高盒（在垂直于磁盘平面的方向拉伸）比长盒（在径向方向拉伸）。我们的直接数值模拟表明，发电机是可能的，在这两种情况下，给定一个足够大的磁雷诺数。为了解释相对较大的努力，需要获得发电机行动在一个长的盒子，我们建议，最有效地折叠和混合的磁场线在径向方向上的不稳定性所造成的湍流涡流。因此，在长箱中，所产生的强方位（流向）磁场的尺度总是与湍流涡旋的尺度相当。相反，在高盒子中，方位角磁通量在垂直方向上传播超过湍流涡旋尺度的距离。其结果是，不同的垂直截面的高箱渗透的大规模非零方位磁通量，促进不稳定性。与此相一致，发电机有效时的情况下，其特征在于由一个强的方位角磁通量的磁不稳定性。
2017-04-27 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Dynamo action in cylindrical annulus
我们数值研究的诱导机制产生的一系列螺旋运动沿圆柱分布。我们的流动是一个非常理想化的几何形状的柱状结构，已被提出的对流运动在地球核心。使用解析规定的流量，我们应用最近推出的迭代数值方案来求解感应方程，并分析了简单的几何形状（方位角，径向等）的外部施加的字段的流量响应。对称性使我们能够建立选定的感应模式，其相互作用导致发电机机制。使用感应算子形式主义，我们展示了如何偶极子和四极发电机可以设想从这样的运动。
2007-03-26 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Numerical and theoretical framework for the DRESDYN precession dynamo experiment
即将到来的DRESDYN（用于DYNnamo和热工水力研究的DREsden Sodium设施）进动实验将测试实现仅由进动驱动的磁流体动力发电机动作的可能性。在这里，实验设施的描述后，我们提出了直接数值模拟的结果，目的是了解流动行为和发电机的能力。主要结论是：在非线性区域，章动角是决定流动结构和发电机作用可能性的重要控制参数。我们得到明确的指示，为未来的实验运行的最佳配置。
2023-01-19 physics.flu-dyn
Dynamo action driven by precessional turbulence
该研究通过谱分析揭示进动湍流磁发电机在不同尺度上的驱动机制，发现其随庞加莱数和磁普朗特数增强，并从低庞加莱数时涡旋主导转变为高庞加莱数时涡旋、惯性波与背景剪切共同驱动。
2024-05-07 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Large-scale dynamo action of magnetized Taylor-Couette flows
具有准开普勒旋转定律的含有环形磁场的导电Taylor-Couette流作为Tayler-Spruit型的平均场发电机模型。流动对非轴对称扰动是不稳定的，这些扰动形成定义$α$效应和涡流扩散率的电动势。如果用相同的功率激发具有$m=\pm 1$的两个简并模式，则全局$α$效应消失，发电机不能工作。然而，它示出，泰勒不稳定性产生有限的$α$效果，如果只考虑一个孤立的模式，但这种固有的螺旋度的单模是太低的$α^2$发电机。此外，具有准开普勒旋转的$α\Om$发电机模型需要${\rm Rm}\simeq 2.000$的最小磁旋转雷诺数才能工作。它是否真的起作用取决于对湍流能量的假设。然而，对于磁场上的湍流强度的陡于二次依赖性，发电机仅在所得到的磁涡流扩散率接近其微观值$η_{\rm T}\simeq η$时才被激发。通过基本上较低或较大的涡流扩散系数，发电机不稳定性被抑制。
2020-02-02 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The Unsteady Taylor--Vortex Dynamo is Fast
Northwestern University（西北大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Southwest Research Institute（西南研究所）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Flatiron Institute（平顿研究所）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
本文研究了不稳泰勒-涡流在高Rm条件下产生快速发电机的机制，揭示了其时空尺度与发电机生长率的关系。
2026-02-17 physics.flu-dyn
Dynamo induced by time-periodic force
为了理解时变流（如湍流）驱动的发电机效应，本文数值研究了旋转磁流体动力学流中时变力引起的发电机效应，并着重研究了力频率对发电机效应的影响。发现发电机作用依赖于力的频率。当力的频率接近共振频率时，力可以驱动发电机，而当力的频率远离共振频率时，发电机失效。在共振频率附近的频率范围内，力的共振频率感应出弱磁场，并且随着力的频率偏离共振频率，磁能增加。这与共振时的强流将诱发强场的直觉相反。这是因为磁场与自励发电机内的流体流动发生非线性耦合，改变了驱动力与惯性波的共振。
2018-02-26 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Coherent nonhelical shear dynamos driven by magnetic fluctuations at low Reynolds numbers
非螺旋剪切发电机的研究，特别侧重于相干发电机行动的可能性。主要结果-作为Squire & Bhattacharjee [arXiv：1506.04109（2015）]结果的后续-涉及“磁剪切电流效应”作为驱动大规模磁场产生的可行机制。这种效应提出了一种有趣的可能性，即小尺度发电机的饱和状态可以驱动大尺度发电机作用，并且在吸积盘湍流的非分层区域中可能很重要。在本文中，在低雷诺数的影响进行了研究，消除了小规模的发电机激励和辅助分析，使准线性统计模拟方法的使用的复杂性。除了磁驱动发电机，新的结果的运动非螺旋剪切发电机。这些说明了在这样的发电机相干和非相干驱动之间的关系，证明了旋转在确定每个机制的相对优势的重要性。
2015-07-11 astro-ph.HE astro-ph.SR physics.flu-dyn
Convective dynamo action in a spherical shell: symmetries and modulation
本文研究了球壳中三维旋转滞弹性对流驱动的发电机作用。出于对太阳发电机的行为，我们研究了不同对称性的磁流体模式的相互作用，并演示了如何复杂的对流，差分旋转和磁场之间的相互作用可能会导致调制的基本周期。对于一些参数，类型1调制通过在不同对称性的模式之间的能量转移而发生，而整体振幅几乎没有变化，对于其他参数，调制是类型2，其中振幅受到显著影响（导致活性的极大极小值），而对称性没有显著变化。最重要的是，我们确定了存在的“超调制”的解决方案，其中的活动之间的1型和2型调制混乱切换，这被认为是一个重要的过程中的太阳活动。
2016-07-04 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Saturation of large-scale dynamo in anisotropically forced turbulence
由于磁螺旋度平衡的限制，湍流发电机理论在获得短动力学时间尺度上的大尺度磁场演化方面遇到了困难。这对于理解太阳、恒星和星系等天体物理系统中的大尺度磁场演化具有重要意义。直接数值模拟（DNS）在过去的各向同性强迫螺旋湍流表明，大规模发电机饱和时间尺度依赖于磁雷诺数（Rm）。在这项工作中，我们已经进行了周期性的盒DNS的螺旋强制湍流导致一个大规模的发电机与两种强迫功能，一个各向同性的基础上使用的PENCIL代码和各向异性的基于Galloway-Proctor流。我们表明，当湍流被迫各向异性，非线性（饱和）行为的大型发电机只有弱依赖于RM。事实上，各向异性情况下的磁螺旋度在小尺度和大尺度上的演化与各向同性情况下的磁螺旋度演化有明显的不同。这一结果可能为缓解灾难性淬火等重要问题带来希望。
2021-12-02 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.flu-dyn
Subcritical dynamos in rapidly-rotating planar convection
我们研究发电机行动使用数值模拟的平面Boussinesq对流在快速旋转（低埃克曼数，Ek），专注于亚临界发电机行动，其中发电机是持续的瑞利数，Ra，低于临界瑞利数的开始对流，Ra $_c$。这些解决方案是通过首先调查超临界制度，其中发电机能够产生一个大规模的磁场，显着影响对流运动，与相关的Elsasser数的顺序Ek $^{1/3}$。亚临界的解决方案，然后通过跟踪这个解决方案分支到亚临界状态，采取超临界解决方案，然后逐渐降低相应的瑞利数。我们发现，减少埃克曼数导致的Ra/Ra $_c$的亚临界范围的扩展，下降到最佳值的Ek $=10^{-5}$。对于磁普朗特数为1阶的情况，当小尺度对流驱动的发电机产生相对较强的大尺度磁场时，在较低的Ekman数下出现的大尺度模阻碍了亚临界性。大规模模式无法维持发电机的行动导致间歇性的行为，似乎抑制亚临界。亚临界解也对磁雷诺数（或等效地，磁普朗特数，Pm）的值敏感，因为磁雷诺数大于70的值需要产生发电机动作，但是大的值导致能够将系统推离亚临界分支太远并且朝向平凡传导状态的波动。
2020-11-12 physics.flu-dyn
Periodic magnetorotational dynamo action as a prototype of nonlinear magnetic field generation in shear flows
以开普勒剪切流中的磁旋转发电机为原型，研究了倾向于磁流体动力学不稳定性的剪切流中发电机作用的性质。利用直接数值模拟和牛顿方法，我们计算了一个精确的时间周期磁旋转发电机的三维耗散不可压缩磁流体动力学方程的旋转和剪切。我们讨论的物理机制背后的周期，并表明，它是从一个大规模的轴对称环形磁场和非轴对称扰动放大的磁旋转不稳定性之间的线性和非线性相互作用的组合。我们证明，这种大规模的发电机机制是整体内在的非线性和不可还原的标准平均场发电机形式主义。因此，我们的研究结果提供了明确的证据，一个通用的非线性产生机制的时间相关的相干大尺度磁场剪切流，并呼吁新的理论发电机模型。这些发现为理解亚临界磁旋湍流的相变和统计性质提供了重要线索。
2011-09-08 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Numerical study of dynamo action at low magnetic Prandtl numbers
我们提出了一个三管齐下的数值方法在低磁普朗特数$P_M$发电机问题。通过结合直接数值模拟、拉格朗日平均模型和大涡模拟（LES），解决了大尺度范围内的困难。流动是由泰勒-格林强迫产生的;它结合了大尺度下的明确结构和小尺度下的湍流波动。我们的主要发现是：（i）发电机观察到从$P_M=1$下降到$P_M=10^{-2}$ ;（ii）的临界磁雷诺数急剧增加与$P_M^{-1}$作为湍流集，然后饱和;（iii）在线性增长阶段，最不稳定的磁模式移动到小尺度$P_M$减少和Kazantsev $k^{3/2}$频谱开发;然后发电机增长在大尺度和修改湍流速度波动。
2004-10-07 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Dynamo action in sliding plates of anisotropic electrical conductivity
对于各向异性导电性的材料，可以产生具有简单速度场的发电机，这是考林定理对于各向同性材料所排除的类型。Ruderman和Ruzmaikin [1]考虑了均匀切变流引起的发电机效应，在此基础上，我们确定了当一块固体板在另一块具有各向异性电导率的固体板上滑动时发电机阈值的条件。我们获得的数值解的一般类的各向异性，并获得最低的磁雷诺数的条件，使用配置切比雪夫方法。在一个特定的几何形状的各向异性和波数，我们还得到了一个解析解，其中的特征向量只是四个指数函数的组合。得到了临界磁共振数的显式解析表达式。在临界磁共振常数以上，我们还推导出了增长率的解析表达式，表明这是一个“非常快”的发电机，外推Vainshtein和Zeldovich [2]引入的“慢”和“快”术语。
2020-04-25 physics.flu-dyn physics.geo-ph
Nonlinear large scale flow in a precessing cylinder and its ability to drive dynamo action
我们对圆柱形空腔中的旋进驱动流动进行了实验测量和数值模拟。这项研究是专门的进动发电机实验，目前正在建设中的亥姆霍兹Zentrum德累斯顿-罗森多夫（HZDR），目的是在流体动力学流的评价方面，其能力，以驱动发电机。我们专注于强非线性制度，其中的流动基本上是由直接强制的初级开尔文模式和更高的模式在非线性自相互作用所产生的驻惯性波。我们获得了很好的协议，实验和模拟方面，流量振幅和流动几何形状。一个特点是共振式出现的一个轴对称模式，代表了双辊结构中的椭圆平面。运动学模拟的磁场演变引起的时间平均流产生发电机行动在临界磁雷诺数约${\rm{Rm}}^{\rm{c}}\approx 430$，这是计划的液体钠实验的范围内。
2017-12-18 astro-ph.EP physics.flu-dyn
Numerical studies of dynamo action in a turbulent shear flow - I
我们进行数值实验，研究剪切发电机的问题，我们寻找大规模的磁场的增长，由于非螺旋搅拌在小尺度的背景线性剪切流，在以前未探索的参数制度。我们证明了大规模的发电机行动的限制时，流体雷诺数（${\rm Re}$）是低于统一的，而磁雷诺数（${\rm Rm}$）是高于统一的指数增长率与剪切成线性比例，这是与早期的数值工程。低${\rm Re}$的极限是特别有趣的，因为在这个极限中看到发电机作用将为进一步的理论研究提供足够的动力，这可能会将注意力集中在${\rm Re} < 1$的这个分析上更容易处理的极限上，而不是${\rm Re} > 1$的更强大的极限。我们还进行了模拟的制度时，（i）（${\rm Re}$，${\rm Rm}$）$< 1$ ;（ii）${\rm Re} > 1$和${\rm Rm} < 1$，并计算所有组件的湍流输运系数（$α_{ij}$和$η_{ij}$）使用测试场方法。我们的结果与早期分析工作（Sridhar & Singh 2010; Singh & Sridhar 2011）的结果在类似的参数范围内具有相当好的一致性。
2015-02-10 astro-ph.GA physics.flu-dyn
Bypassing Cowling's theorem in axisymmetric fluid dynamos
本文对球域内轴对称强迫流产生的磁场进行了数值研究。在足够小的雷诺数Re下，流动是轴对称的，并且在临界磁雷诺数Rmc以上产生赤道偶极子。因此，磁场打破了轴对称，与考林定理一致。然而，当Re较大时，磁场的这种结构被占主导地位的轴向偶极子所取代，并且允许流中的非轴对称波动。我们在这里表明，即使在没有这样的波动，轴向偶极子也可以产生，在低Re，通过二次分叉，当Rm增加到发电机阈值以上。因此，系统总是找到一种方法来绕过考林定理所施加的约束。我们理解的动力学行为，结果从赤道和轴向偶极模式的相互作用，使用简单的模型方程的振幅来自对称参数。
2008-05-14 physics.flu-dyn
Partial invariants, large-scale dynamo action, and the inverse transfer of magnetic helicity
部分守恒拟能量的存在被证明是导致逆能量转移发展嵌入磁流体动力学（MHD）湍流，在类比的二维非导电湍流拟能的影响。通过分解的速度和磁场在谱空间上的螺旋模式，我们确定的三波（三元组）相互作用的子集保存两个新的拟能量，可以映射到三元组相互作用最近确定的促进大规模$α$型发电机行动和磁螺旋度的逆转移。由于它们依赖于相互作用尺度的局部性，不变量表明磁螺旋度的逆传递可能是由局部和非局部尺度的相互作用促进的，并且是一个比$α$ -发电机更局部的过程。我们测试预测嵌入（部分）的能量通量通过构建一个壳模型（减少波空间模型）的最小集合的三元组相互作用（MTI）所需的保存理想的MHD不变量。数值模拟的MTIs表明，对于一系列的强迫配置，部分不变量，有一些例外，确实有用的理解嵌入的贡献，总的光谱能量通量。此外，我们表明，严格的逆能量转移可能会发展，如果拟能守恒相互作用的青睐，最近发现的非导电三维湍流受到强旋转或禁闭的能量级联反转的机制。所提出的结果具有影响的理解背后的大规模发电机行动和磁螺旋度的逆转移，过程被认为是中央的大规模磁结构形成的物理机制。
2019-11-19 astro-ph.HE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Small-scale dynamo action in rotating compressible convection
我们研究发电机行动在对流层的导电，可压缩流体，旋转的垂直轴。在上、下边界面上，磁场采用理想导电边界条件。两个不同层次的热分层被认为是。如果磁扩散率足够小，对流就像一个小型发电机。使用定义的磁雷诺数$R_M$是基于水平积分尺度和水平平均速度在中层的域，我们发现，旋转倾向于减少$R_M$的临界值以上的发电机行动观察。在旋转计算中，增加层内的热分层水平不会显著改变$R_M$的临界值，但它确实会导致非旋转情况下该临界值的降低。在磁雷诺数的最高可计算值处，发电机的饱和水平在所有情况下都是相似的，平均磁能密度在平均动能密度的4%和9%之间。为了进一步了解旋转和非旋转对流之间的差异，我们量化的拉伸性能的每个流通过测量李雅普诺夫指数。在远离边界的地方，由于流动而引起的拉伸率在旋转情况下比在相应的非旋转计算中对深度的依赖要小得多。它还表明，旋转的影响显着降低的磁能量耗散在层的下部。我们还研究了发电机的饱和机制的某些方面。
2011-10-03 astro-ph.SR physics.flu-dyn
The effect of nutation angle on the flow inside a precessing cylinder and its dynamo action
实验研究了章动角对旋进圆柱内部流动的影响，并与数值模拟结果进行了比较。重点放在典型的故障的直接强制m=1开尔文模式的增加进动比（庞加莱数），以及伴随的层流和湍流之间的过渡。与章动角为90°的参考情况相比，逆旋转导致更早的崩溃，而在逆行情况下，强迫模式继续存在，也为更高的庞加莱数。在很大程度上取决于轴对称双辊模式的发生和强度，运动发电机的研究揭示了章动角和庞加莱数的自激条件的敏感依赖性。最佳发电机的条件被发现为90°角，然而，可能会转移到略逆行进动更高的雷诺数。
2022-07-21 astro-ph.EP physics.flu-dyn
A Spherical Plasma Dynamo Experiment
我们提出了一个等离子体实验，用于研究天体物理发电机的基本性质。高传导性、快速流动的等离子体将使实验者能够探索磁雷诺数比液态金属实验大一个数量级的系统。等离子体被限制使用一个环尖策略，并受到一个环形差动旋转外边界条件。作为原则的证明，我们提出了磁流体动力学模拟所提出的实验。当一个冯卡门型边界条件被指定，和磁雷诺数是足够大的，发电机行动观察。在不同值的磁普朗特数和雷诺数的模拟演示层流或湍流发电机的行动。
2009-04-07 astro-ph.EP astro-ph.GA physics.flu-dyn
The role of magnetic boundaries in kinematic and self-consistent magnetohydrodynamic simulations of precession-driven dynamo action in a closed cylinder
本研究数值模拟了进动圆柱内导电流体流动的发电机作用，对比了运动学方法与自洽三维MHD模拟，发现外部层电磁特性显著影响临界磁雷诺数，且非线性模拟揭示了小尺度发电机解及短暂的发电机爆发现象。
2025-04-04 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.flu-dyn
Global bifurcations to subcritical magnetorotational dynamo action in Keplerian shear flow
开普勒剪切流中的磁旋转发电机作用是一个三维非线性磁流体动力学过程，其研究对于理解天体物理中的吸积和磁场产生具有重要意义。向这种发电机形式的转变是亚临界的，并且与非旋转流体动力剪切流中向湍流转变的许多特征相同。这表明，这些不同的流体系统通过类似的通用分叉机制变得活跃，在这两种情况下，迄今为止还没有详细的了解。本文在剪切盒框架下，数值研究了不可压缩开普勒磁旋转发电机问题的分岔机制。使用从动力系统研究进口的数值技术，我们表明，在磁普朗特数大于1的混沌发电机行动的发病主要与全球同宿和异宿分岔的非线性磁旋转发电机周期。这些全球分支的补充，标志着倍周期级联的开始的周期的局部分支。这表明，非线性磁旋转发电机周期提供的途径，湍流注入的动能和磁能在不可压缩的磁流体动力学开普勒剪切流在没有外部施加的磁场。研究这些周期在不同的制度和配置的非线性物理和分叉，随后可能有助于更好地理解各种天体物理系统和实验室实验中的磁流体动力学湍流和不稳定驱动发电机的激发条件。为这个三维亚临界流体动力学问题提供的全局分叉的详细表征也可能证明对流体动力学剪切流中的湍流过渡问题有用。
2013-06-14 astro-ph.GA astro-ph.HE astro-ph.SR
Mean field dynamo action in shear flows. I: fixed kinetic helicity
本文利用具有固定动力学螺旋度和非零关联时间的脉冲更新流（$τ$）研究了背景线性剪切流中的平均场发电机作用。我们使用平面剪切波作为由Singh \& Sridhar（2017）导出的Navier-Stokes方程的时间相关精确解。这使我们能够自洽地包括剪切对随机流的各向异性影响。我们确定了控制平均磁场演化的平均响应张量，并研究了其特征值的性质，这些特征值产生了平均磁场的增长率（$γ$）和周期（$P_{\rm cyc}$）.平均磁场的非轴对称模式衰减为$t \to \infty$，因此被认为对平均场发电机不重要。当$τ$与涡流周转时间$T$相当时，$γ$和对应于最快增长轴对称模式的波数都随剪切速率$S$非单调变化，在这种情况下，我们还发现当剪切变得太强时发电机的淬火。当$τ/T\sim{\cal O}(1)$时，增长发电机波的周期（$P_{\rm cyc}$）与剪切成比例，在小剪切时为$P_{\rm cyc} \propto |S|^{-1}$，当剪切太强时，它变得几乎与剪切无关，这种在弱剪切和强剪切下的渐近行为对最近观测到的恒星磁活动周期有意义。因此，我们的研究基本上概括了标准的$αΩ$（或$α^2Ω$）发电机的$α$效应也受到剪切和建模的随机流具有有限的记忆。
2020-05-12 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Towards an experimental von Karman dynamo: numerical studies for an optimized design
本文对有限长圆柱内两反向旋转圆盘间的VonKarman型流动进行了数值研究。使用水模型实验，改变驱动叶轮的配置，流量已被优化。在法国Cadarache进行的新钠实验VKS 2中，已经发现了一种导致平均流发电机作用的解决方案。描述和讨论了优化过程，研究了在流动周围添加固定导电层对阈值、中性模形状和磁能平衡的影响。最后，可能涉及到冯卡门流中的运动发电机行动的过程进行了审查和讨论。在可能的过程中，我们强调的边界层径向速度剪切和欧姆耗散局部化的流动/外壳边界的联合效应。
2005-08-03 physics.flu-dyn
Small-scale dynamos in simulations of stratified turbulent convection
小规模的发电机行动往往被认为是造成宁静的太阳磁场。我们的目的是确定在非旋转湍流对流在低磁普朗特数的小规模发电机的激励条件和饱和水平。我们使用高分辨率的直接数值模拟弱分层湍流对流。我们发现，发电机激励的临界磁雷诺数增加的磁普朗特数减少，这可能表明，小规模的发电机行动是不自动明显的机构与小磁普朗特数的太阳。作为磁雷诺数（${\rm Rm}$）的函数，发电机的增长率是一致的${\rm Rm}^{1/2}$缩放。未发现${\rm Rm}$的生长速率对数增加的证据。
2018-02-26 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Buoyant Magnetic Loops Generated by Global Convective Dynamo Action
我们对类太阳恒星中对流和发电机作用的全球3D模拟显示，在大部分的公约区域内可以建立持久的强磁性花环。在这里，我们研究的浮力磁结构的特点，是自洽创建发电机行动和湍流对流运动在模拟与太阳分层，但在当前的太阳速率的三倍旋转。这些浮力环起源于磁环的部分，其中湍流将磁场放大到比层流过程可能的大得多的值。这些放大的部分可以通过磁浮力和对流巨单体平流的组合上升穿过对流层，形成浮力环。我们测量这些环的极性、扭曲和倾斜的统计趋势。环被证明优先出现在纵向补丁有点让人想起活跃的太阳黑子，虽然更广泛的范围。我们表明，轴对称的环向场的强度是不是一个很好的预测生产率的浮力圈或磁通量的循环中产生的。
2012-12-21 astro-ph.SR physics.flu-dyn
